无土栽培供液控制及电路系统研究

本文所介绍的无土栽培供液自动控制系统,采用全新的设计理论与方法,打破了传统的采用占空比方法处理延时驱动的限制。解决了延时、供液驱动可在0～48h 大范围内分别独立调整的问题。本系统可广泛应用于需用定时驱动的控制系统之中。     

变速条件下农业机械路径跟踪稳定控制方法

为提高农业机械(农机)路径跟踪控制在不同速度条件下的稳定性和鲁棒性,提出了基于链式系统模型和小范围稳定性分析优化的直线路径跟踪控制方法。首先,根据几何约束建立农机非线性运动学模型,并基于链式系统模型将其转换为线性链式系统,进而对系统的误差项进行线性组合,得到农机路径跟踪控制方法;然后,基于控制方法在平衡位置小范围的稳定性分析,对控制方法进行优化,使得农机路径跟踪控制在平衡位置小范围的稳定性与行驶速度无关;最后,以水稻穴直播机为实验平台开展了直线跟踪对比实验和农机作业实验。结果表明,相比于PID控制方法,本文控制方法在3种不同速度下均能保持直线跟踪控制的稳定性,并且具有较高的控制精度。同时,本文路径跟踪控制方法的稳定性与行驶速度无关,农机作业的行驶速度在0. 4～2. 0 m/s范围内均能实现稳定控制,平均绝对误差均值为0. 047 m,最大绝对误差为0. 128 m。     

丘陵山地拖拉机车身调平双闭环模糊PID控制方法

为提高丘陵山地拖拉机自动调平控制系统性能,基于已开发的丘陵山地拖拉机姿态调整机构,提出了利用双闭环模糊PID算法调整车轮摆动角度的自动调平控制方法。首先,建立被控对象状态空间模型,并基于该模型设计了双闭环模糊PID控制算法。然后,对自动调平控制系统进行仿真分析,结果表明,在使用相同PID参数条件下,双闭环模糊PID控制比双闭环PID控制性能更优,可有效减少超调量和调平时间。最后,开展了静态和动态试验验证,结果表明,采用所提出的自动调平双闭环模糊PID控制方法,在15°坡地上调平时间为12. 5 s,调平误差小于0. 5°,且无超调现象,左右两后轮摆角绝对值差在±1°以内;同时,以1. 98 km/h的速度行驶在高低起伏的恶劣工作环境下,车身倾斜角可控制在±3°范围内,左右摆动机构摆动角度绝对值差在±5°范围内,相比于双闭环PID控制效果更优。     

基于现场总线技术的农业机械控制系统研究

探讨了CAN总线在智能农业机械上应用的可行性,确定了基于ISO11783的应用层通信协议的制定策略和具体方法。开发了应用于在线测产和变量施肥的CAN总线控制系统,并对提高系统可靠性措施进行了探讨。实验测试结果表明,总线控制系统运行稳定,满足了精准农业实时数据采集与控制的要求。     

冲量式谷物流量传感器测产信号处理方法

为研究冲量式谷物流量传感器背景振动噪声的提取及剔除方法,以减小背景振动噪声对其测产精度的影响,设计了一套冲量式谷物流量传感器室内标定台架,通过变频调速器控制驱动电机实现输粮搅龙和刮板升运器转速的改变以模拟联合收割机的不同田间工况,并对双板差分冲量式谷物流量传感器的测产信号处理方法进行了研究。通过算术均值滤波初步滤除测量板和参考板输出信号中的随机噪声,通过对参考板滤波输出信号的离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)提取背景噪声的频谱特性,通过测量板和参考板DFT结果的频域差分实现测量板输出信号中背景噪声的剔除,对频域差分结果进行离散傅里叶逆变换(inverse discrete Fourier transform,IDFT)即可得到剔除了背景振动噪声后的传感器输出信号,再对其进行二次算术均值滤波,即得到最终的测产输出信号。通过室内台架标定,建立了谷物籽粒流量与测产输出信号和升运器速度之间的标定模型,并进行了室内模拟测产试验。试验结果表明:谷物流量范围为0.5~2.3 kg/s时,在不同的变频调速器输出频率下,最大测产误差不大于3.1%,测产精度较高且比较稳定,频域差分处理方法能较好地实现双板差分冲量式谷物流量传感器背景振动噪声的剔除。该研究可为冲量式谷物流量传感器测产系统的开发提供参考。     

平行梁冲量式谷物质量流量传感器弹性元件设计

冲量式传感器具有结构简单、使用方便等优点,但容易受到基础振动的干扰。为此设计了平行梁结构冲量式谷物质量流量传感器弹性元件,对弹性元件安装端部采用了削弱设计。有限元分析表明该设计方案不仅符合应力集中原则,而且可以提高传感器抵抗振动干扰的能力。给出了传感器电桥电路,以及后续放大、电压电流变换等调理电路,使得传感器输出零点可以方便调节,降低了传感器在联合收割机上的安装要求。试验结果表明,传感器线性度误差小于0.1%,输出不受外力作用点的影响,同时具备了合适的工作频带宽度。     

基于决策树和图层叠置的精准农业产量图分析方法

作物产量限制因子的提取是精准农业变量施肥的重要环节之一。决策树和GIS图层叠置方法研究结果表明,土壤有机质始终占据决策树全部知识规则的第一次分支,起着重要的决定性作用,其次为速效磷和碱解氮;产量空间分布与有机质、碱解氮、速效磷高度吻合,平均吻合度分别达到91%、83%和49%。土壤有机质、速效磷和碱解氮含量是宁夏暖泉农场小麦产量主要限制因子,提高土壤有机质含量是提高单产的重要措施。结论得到生产实际验证,说明运用决策树和GIS图层叠置分析方法挖掘产量限制因子在技术上可行。     

CAD／CAM集成数控自动编程系统的研制

SAAPT-2(1/2)D NC自动编程系统能高效、准确地实现零件源程序到NC程序、NC穿空纸带的转换。该系统由几何处理模块、工艺处理模块、后置处理模块和子程序库组成。几何处理模块对零件源程序几何定义语句进行词法、语法检查和参数标准化计算;工艺处理模块根据标准化参数对运动语句及其它非几何定义语句进行处理,生成中间代码文件;后置处理模块将中间代码文件变成NC加工程序。     

果蔬采摘机器手系统设计与控制技术研究现状和发展趋势

鲜食果蔬收获是难以实现机械化作业的生产环节,高效低损采摘也是农业机器人研发领域中的难题,导致目前市场化的自动化果蔬采摘装备生产应用几乎空白。针对鲜食果蔬采摘需求,为改善人工采摘费时费力、效率低下、自动化程度低的问题,近30年来,国内外学者设计了一系列自动化采摘设备,推动了农业机器人技术的发展。在研发鲜食果蔬采摘设备时,首先要确定采收对象和采收场景,针对作物的生长位置、形状和重量、场景的复杂程度、所需自动化程度,通过复杂度预估、力学特性分析、姿态建模等方式,明确农业机器人的设计需求。其次,作为整个采摘动作的核心执行者,采摘机器人的末端执行器设计尤为重要。本文对采摘机器人末端执行器的结构进行了分类,总结了末端执行器的设计流程与方法,阐述了常见的末端执行器驱动方式、切割方案,并对果实收集机构进行了概括。再次,本文概述了采摘机器人的总体控制方案、识别定位方法、避障方法及自适应控制方案、品质分类方法以及人机交互、多机协作方案。为了总体评价采摘机器人的性能,本文还提出了平均采摘效率、长期采摘效率、采收质量、损伤率和漏采率指标。最后,本文对自动化采摘机械的总体发展趋势进行了展望,指明了采摘机器手系统将向着采摘目标场景通用化、结构形式多样化、全自动化、智能化、集群化方向发展的趋势。     

油电混合果园自动导航车控制器硬件在环仿真平台设计与应用

果园由于面积范围广、地形复杂、壕沟多、杂草丛生、土壤湿度较高且土质较为疏松,对自动导航小车（AGV）的机械结构、控制系统,以及能源动力系统的设计都提出了更高的标准和要求。混合动力AGV小车可以满足果园中长距离移动的需求。为探索合适的混合动力AGV控制系统算法以及能量管理策略,同时减少设计过程中由于果园地形复杂导致的控制器设计验证迭代、需求多样化问题带来的人力、物力,以及时间成本,本研究针对果园面积广的特点,选择串联式油电混合动力系统进行AGV动力能源系统模型的搭建。另外,针对果园AGV需要适应地形范围广的特点,采用履带车模型结构,利用硬件在环仿真技术,以树莓派作为控制系统搭载控制算法实物,利用Matlab和RecurDyn软件建立包含能源动力系统、电机驱动系统、履带车行驶部分模型以及路面模型的系统实时仿真模型,最终实现了串联式混合动力AGV控制器硬件在环仿真功能。基于串级比例积分微分（PID）以及模糊控制器控制算法的仿真验证表明,模糊控制器控制算法能够减少参数调节带来的时间成本,在转向角度小时响应速度加快了50%,在转向角度大时串级PID控制器产生了10%的超调,而模糊控制器无超调,转向更加平稳。结果表明硬件在环仿真平台能够有效地应用于果园AGV控制器的开发,避免了控制实物试验,在降低成本的同时可以加快果园自动导航小车的开发过程。